JP4477448B2 - レベルシフト回路を具えたホールセンサ - Google Patents

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本発明は、直接ホールＩＣとマイコンとのインターフェースを取ることのできるレベルシフト回路を具えたホールセンサに関するものである。
磁気センサの一種としてホール素子が各方面で用いられている。これは微小な磁気の変化を検出してその信号を増幅し、マイコンで処理して所期のセンサ出力を得るものである。ホール素子は一般に３．０Ｖで動作されるが、マイコンの方は動作電圧が下がっており、１．８Ｖ動作のものが使用されている（図４参照）。この電圧の差を調整するレベルシフターがないと、マイコンに過大な電圧がかかり、ラッチアップを起こして破壊してしまうことがある。そこで、ホールＩＣのドライブ回路に出力用別電源端子を作って出力信号の代々電圧を下げたり（図5はレベルシフト用ＩＣを介在させてホールＩＣの出力である３．０Ｖを、マイコンの動作電圧である１．８Ｖまで下げたものを示す。）、ホールＩＣそのものの出力を１．８Ｖにまで下げる必要がある（図６参照）。
図６に示したようにホールＩＣそのものを１．８Ｖ動作とすることが理想的だが、電源電圧が通常用いられる３．０Ｖである場合にはレギュレータを用いて電圧を落としている。この場合、レギュレータの効率を考えると図7に示した構成よりも図8に示した構成の方が消費電力が少なく、望ましい。
特開平５−４９２８８号公報
ホールセンサなどによる信号をマイコンで処理する場合、その動作電圧を調整することが必要である。近年、マイコンの動作電圧は下がっており、1.8Ｖで動作するものがある。ホール素子の動作電圧である3Ｖ出力をそのまま１．８Ｖで動作するマイコンに入力すると、マイコンがラッチアップを起こしてしまう。本発明は、ホールＩＣの出力をその信号を処理するマイコンと直接インターフェースを取ることのできるように出力電圧を変更する回路を具えたホールセンサを提供するものである。
また、その出力電圧を変更する回路を具える場合、ホールセンサのIＣ内部にレベルシフターを内蔵させてしまうことが望ましい。
本発明は、ホールセンサを構成するICにレベルシフト回路を内蔵させることによって、常時の課題を解決するものである。すなわち、磁界の変化をホール素子で検出してその検出信号を増幅して出力を得るホールセンサにおいて、そのホールセンサのドライバの動作を制御するコンパレータを具え、このコンパレータの反転入力端子電圧を所定の値に制御することによってドライバの動作時の出力を所定電圧以下に制御して、その出力信号を処理するマイクロコンピュータの動作電圧まで下げることに特徴を有するものである。
本発明によれば、ホールＩＣの出力を、信号を処理するためのマイクロコンピュータの動作電圧に下げることができる。したがって、マイクロコンピュータのラッチアップを防止することができる。また、インバータ構成として、非動作時には出力信号を発生するドライバを停止させることができるので、消費電流を少なく抑えることができ、センサＩＣに求められる低消費電流に適合したセンサが実現される。
本発明によるレベルシフト回路を具えたホールセンサを図１に示す。ホールＩＣ内に出力の最大電圧になるであろう電圧源Ｖを用意する。この例では、マイクロコンピュータの動作電圧に合わせ込んだ１．８Ｖとしてある。この電圧源をコンパレータＣの反転入力端子と接続する。これによってコンパレータＣの最大出力が設定される。コンパレータＣの出力がドライバＤ1に接続され、入力信号があるときにはそれに応じてオンされる。その動作状態はコンパレータＣの正転入力端子にフィードバックされる。
またドライバＤ２がドライバＤ１と直列に接続され、これによって上段と下段とで構成されるインバータが得られる。下段のドライバＤ２がＯＮとなるときには、上段の回路は停止されて低消費電流とすることができる。また、インバータＩ1を介して抵抗Ｒが接続され、出力を高速にするとともにオーバーシュートした時にコンパレータが反転してしまって元へ戻らなくならないようにする。
以下、回路図を参照して、本発明の実施例について説明する。図２は本発明の実施例を示す回路図で、図１に示したブロックを具体的な素子によって構成したものである。ＦＥＴ（Ｍ24，Ｍ25，Ｍ29，Ｍ30）で構成されるコンパレータの出力が上部ドライバであるＦＥＴ（M26）に接続される。電源（Ｖ７）の１．８Ｖの直流出力がコンパレータに入力され、この電圧が上部ドライバであるFET(Ｍ26）の出力の上限を固定することになる。ＦＥＴ（M36a）が消費電流を下げるためのインバータ構成のスイッチング素子で、入力信号がないときに下部ドライバであるFET（M37）を動作させる。また、FET（M25a）は出力スイッチング素子であるFET（M26）をオン−オフさせるものである。
抵抗（R15）は、出力を高速にするため、または、オーバーシュートしたときにコンパレータが反転してしまって元に戻らなくなることを防止するためのものである。出力に負荷が接続されているときには必要ないが、負荷が大きいと元に戻るのに時間がかかる。この抵抗を接続すれば、最終値が常に出力と同値になるため、無駄な電流が流れない等の利点がある。
本発明によるホールセンサの動作タイミングは図３に示したように、３．０Ｖの入力パルスと１．８Ｖの出力パルスの間欠的とし、そのタイミングを外部クロックによって制御することができる。上記の上部ドライバにPチャンネルMOS-FETを使用すれば、低電圧まで使用することが可能となり、例えば２．０Ｖの電源電圧で１．８Ｖ出力とすることも可能である。低電圧まで考えないのであればNチャンネルでもよく、より簡単なレベルシフト回路が得られる。
ドライバに接続されるアンプの他に２つのインバータを用いてそのひとつを、上部ドライバがオンとなる状態でないときには消費電流を下げるためのオフさせる作用のために用いる。他のものは、出力の高速動作のために、またはオーバーシュートして出力が目的とする１．８Vに戻ってこないことのないように動作させる。さらに、上部アンプが動作時でない場合に消費電流を下げるために、各部の電流源をカットするスイッチング素子が設けてあり、それらは入力クロックと同期させられる。
本発明は、磁気センサとして使用されるホールセンサに利用でき、センサの出力とその処理回路の最適動作電圧がことなる場合に有利である。
本発明の実施例を示すブロック図 本発明の実施例を示す回路図 動作の説明図 従来のホールセンサを示すブロック図 従来のホールセンサを示すブロック図 従来のホールセンサを示すブロック図 従来のホールセンサを示すブロック図 従来のホールセンサを示すブロック図
符号の説明
Ｃ：コンパレータ
Ｄ：ドライバ
Ｖ：電圧源
I：インバータ

Claims (3)

  1. 入力端子と出力端子とを備え、
    ドレインに前記出力端子が接続され、ソースに第１の電源が接続される第１のＭＯＳＦＥＴからなる第１のドライバと、
    ゲートに前記入力端子が接続され、ドレインに前記出力端子が接続される第２のＭＯＳＦＥＴからなる第２のドライバと、
    反転入力端子に前記第１の電源より低い電圧の第２の電源が接続され、正転入力端子に前記出力端子が接続され、前記第１のドライバのゲートに出力が接続されるコンパレータと、
    前記入力端子に入力信号が入力されたときに、前記第１のドライバをオフさせるインバータと、
    を備えるレベルシフト回路
    を備えるホールセンサ。
  2. 前記レベルシフト回路は、前記入力端子からの入力信号が入力され、抵抗を介して前記出力端子に出力されるインバータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のホールセンサ。
  3. ホール素子からの検出信号を前記入力端子に入力する請求項１または２に記載のホールセンサ。
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